18.07.2023

Optimierte Gewinnung von Rohstoffen

Lucas Pereira erhält den Promotionspreis der Helmholtz-Gemeinschaft.

Die Energiewende, immer mehr Hightech-Produkte, aber auch Versorgungs­engpässe rücken den heimischen Bergbau wieder stärker in den Fokus der Rohstoff­industrie. Allerdings sind die meisten der leicht zugänglichen Quellen bereits erschöpft. Der Fokus muss zukünftig darauf liegen, mineralische Rohstoffe effizient aus immer komplexeren und niedrig­wertigeren Lagerstätten zu gewinnen und zu verarbeiten. Dafür sind zuverlässige und robuste Modellierungs­verfahren nötig, die optimale Strategien ermitteln. Lucas Pereira vom Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcen­technologie (HIF), das zum Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf gehört, hat in seiner Promotion genau solche Methoden für die mechanische Aufbereitung von komplexen Erzen entwickelt. Die Helmholtz-Gemeinschaft zeichnete seine Arbeit mit dem Promotions­preis im Bereich Energie für ihre kreative Exzellenz aus.

 

Abb.: Lucas Pereira (Bild: HZDR / D. Müller)
Abb.: Lucas Pereira (Bild: HZDR / D. Müller)

Aktuell verfügbare Modellierungsverfahren berücksichtigen die Komplexität der Erze nicht in ausreichendem Maß. Es ist jedoch bekannt, dass die mineralogischen und mikrostrukturellen Eigenschaften einzelner Erzpartikel das Prozessverhalten steuern. Darüber hinaus beruhen viele Methoden nach wie vor auf der chemischen Zusammen­setzung der Erze, was bestenfalls Näherungs­werte für die mineralogische Zusammensetzung liefern kann. „Ein Modellierungsverfahren, das für die Abbildung mechanischer Trennprozesse von komplexen Erzen geeignet ist, sollte partikelbasiert sein, alle quantifizierbaren Partikel­eigenschaften berücksichtigen und in der Lage sein, Unsicherheiten abzuschätzen. Mein neuartiges Modellierungs­verfahren für mechanische Aufbereitungs­prozesse erfüllt diese Anforderungen“, sagt Pereira.

„Der Kern der Methode bildet eine logistische Regression, also eine Modellierung der Verteilung von Partikeleigenschaften. Die erforderlichen Daten werden mit einem auf der Raster­elektronen­mikroskopie basierenden automatisiertem Bilderkennungs­verfahren erfasst. Letztlich kann die Methode die Wahrscheinlichkeiten quantifizieren, dass einzelne Partikel bei der Aufbereitung in bestimmten Produkt­strömen enden. Das Verfahren erfordert nur minimale menschliche Intervention und kann den relativen Einfluss von Partikelform und -größe sowie Modal- und Oberflächen­zusammensetzung berücksichtigen“, erklärt der brasilianische Forscher seine Methodik. Jens Gutzmer, Direktor des HIF, fügt hinzu: „Der von Pereira verfolgte Ansatz birgt ein enormes Potential für die Verbesserung der Mineralien­aufbereitung. Ich bin mir sicher, dass die Planung von Aufbereitungs­anlagen in Zukunft weitgehend auf diesen – oder zumindest ähnlichen – Ansätzen beruhen wird, die die quantitative Partikelcharakterisierung mit maschinellem Lernen kombinieren.“

Am HIF leitet Pereira die interdisziplinäre Forschungsgruppe „Particle Fate Modelling“. Er und sein Team arbeiten kontinuierlich daran, das Verständnis der Rohstoff­aufbereitung zu erweitern, um passende Werkzeuge dafür zu entwickeln. Der Fokus liegt dabei auf den komplexen Rohstoffen. „Unsere aktuellen Projekte umfassen partikel­basierte Vorhersagen von Zerkleinerungs­prozessen, den Einfluss von Partikelformen auf den Flotations­prozess und die Optimierung von Flotations­kreisläufen basierend auf den Eigenschaften einzelner Partikel“, beschreibt Pereira seine Forschung.

Lucas Pereira wurde in Franca, Brasilien, geboren. Er erwarb seinen Bachelor-Abschluss in Ingenieur­geologie an der Universidade Federal de Ouro Preto (Brasilien). Während des Studiums kam er erstmalig nach Deutschland, um ein Praktikum an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg zu absolvieren. Anschließend studierte er im Erasmus+-Programm EMerald mit Aufenthalten in Belgien, Frankreich, Schweden und Deutschland und erwarb einen Master-Abschluss in georesource engineering. Er promovierte an der TU Bergakademie Freiberg über partikelbasierte Trennmodelle – maschinelles Lernen angewandt auf das Verständnis und die Vorhersage der Rohstoff­aufbereitung – betreut durch Jens Gutzmer, Max Frenzel und Raimon Tolosana-Delgado. Seit kurzem ist er Leiter der Gruppe Geometallurgie und partikel­basierte Modellierung in der Abteilung Aufbereitung des HIF.

HZDR / DE

 

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